DD222452A1

DD222452A1 - Verfahren zur montage von halbleiterbauelementen

Info

Publication number: DD222452A1
Application number: DD25806083A
Authority: DD
Inventors: Brigitte Staender; Christel Fabienke; Gerd Rauter
Original assignee: Stahnsdorf Gleichrichter
Priority date: 1983-12-16
Filing date: 1983-12-16
Publication date: 1985-05-15

Abstract

Montageverfahren fuer Halbleiterbauelemente, das in der Bauelementefertigung anzuwenden ist. Ziel der Erfindung ist die Einsparung von Zinn und Silber beim Aufloeten der Bauelemente auf waermeableitende Traeger. Daraus ergibt sich die technische Aufgabe, ein Verfahren zur Montage von Halbleiterbauelementen durch Aufloeten anzugeben, das gute Werte der montierten Bauelemente bezueglich des Waermewiderstandes und der mechanischen Festigkeit ergibt. Erfindungsgemaess wird diese Aufgabe geloest, durch das Aufloeten unter Verwendung einer dreischichtigen Loetfolie mit einer Kernschicht aus Blei und Deckschichten aus Zinn bei gleichzeitiger vertikaler und horizontaler Bewegung des Bauelementes fuer die Dauer von etwa 10 s.

Description

Stahnsdorf, den 1 5,DeZ. 1933 iitel der Erfindung

Verfahren zur Montage von Halbleiterbauelementen Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Montage von Halbleiterbauelementen und ist in der Bauelementefertigung anzuwenden. " .

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Das Auflöten von Halbleiterelementen auf Sockel ist als Verfahren schon seit langem bekannt. Dabei wurden verschieden zusammengesetzte Blei-Zinn-Lote verwendet, die je nach ihrer Zusammensetzung unterschiedliche Eigenschaften hinsichtlich ihres Wärmewiderstandes, der Festigkeit und eventuell auftretender thermo-mechanischer Spannungen aufweisen. ,Im Zeichen der.weltweiten Verknappung an den Rohstoffen Zinn und Silber ist daher die allgemeine Entwicklungstendenz auf die Verwendung silber- und zinnarmer Weichlote gerichtet. Dabei ist die Verwendung homogen legierter

1aDEL19S3*l37ÜOO

Lote möglich, wie "beispielsweise in der "britischen Patentschrift 1 54-8 756 dargestellt ist, wo. beim Weichlöten von Halbleiterbauelementen ein Lot mit einem Anteil von O,5' . · bis 2 % Sn verwendet wird, daneben aber noch 1 bis 1,5 % Ag, 0,1 bis 2 fo Ni und 0,1 bis 3 % Cu und der Restanteii Fb.

Andererseits sind auch'schon in der Elektroindustrie, vor-, zugsweise bei .der Verbindung von Kabeln, Lote verwendet worden, die eine inhomogene Zusammensetzung aufweisen. So wird beispielsweise in der DL-PS 6 4-56 ein Verfahren zum . - Verbinden von Kabelleitern beschrieben, bei dem ein Lot aus ,Blei verwendet wird, dem als Flußmittel Zinnspäne zugesetzt sind. .

Ferner ist in dem DD-WP 83 287 die Herstellung einer Sperrschicht für lötbare Anschlußelemente bekanntgemacht. Dabei . wird als Sperrschicht ein an sich bekanntes Blei-Zinn-Weichlot mit einem Bleigehalt von 98 % auf die .Anschlußelemente aus Gu aufgebracht. Anschließend erfolgt die Aufbringung einer zweiten Schicht aus einer tauchlotfähigen Zinn-Blei-Legierung. .

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindurig ist die Einsparung von Zinn und Silber -

bei der Montage von Halbleiterbauelementen durch Weichlöten, .· ' ' Darlegung des Wesens, der Erfindung . .

.Ausgehend von dem Ziel der Erfindung liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Auflöten von Halbleiterchips auf Sockel anzugeben, das unter Verwendung von zinnarmen und silberfreien Loten gute Werte der Bauelemente bezüglich des Wärmewiderstandes und der mechanischen Festigkeit ergibt.

,Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß . die Lotung im Temperaturbereich von 200 ... 400 ⁰C unter Verwendung einer dreischichtigen Lötfolie und einer Bewegung des aufzulötenden Chips bis kurz vor dem Erstarrungspunkt des Lotes erfolgt. Die verwendete Lötfolie besitzt eine Kernschicht aus Blei mit einer Dicke von 50 ··· 100 ,um und Deckschichten aus reinem Zinn mit Dicken 2 .,..'10 /um. .Die Zinnschichten werden durch Aufwalzen oder durch galvanische Beschichtung aufgebracht. Die Bewegung der Chips erfolgt vertikal mit einer Frequenz von 5 ··· 15 Hz und einer Amplitude von 0"... 0,8 mm. Die dabei unter Druckanwendung (0,5···· 3 N) gleichzeitig ausgeführte horizontale Bewegung hat eine Frequenz von 0,5 ··· 1 Hz mit einer Amplitude von 0 ... 0,5 ^m· Die Gesamtdauer der Bewegung beträgt etwa 10 s. Da bei dem erfindungsgemäßen Lötfolienaufbau die Zerstörung von Oxidschichten auf der Lotoberfläche nicht erforderlich ist, hat die Bewegung hier, anders als bei bekannten Lötverfahren, den Zweck, die Lötverbindung möglichst lunkerfrei, herzustellen. Nach Ablauf der Bewegungsphase verbleibt die Lötstelle in Ruhe und wird bei Zimmertemperatur abgekühlt.

Obwohl die Bleischicht in der Lötfolie wesentlich dicker ist als die Gesamtdicke der beiden Zinnschichten und die Wärmeleitfähigkeit von Blei nur 0,0837 gegenüber 0,1528 (beide Werte bei 0 ⁰C gemessen), ergibt sich überraschenderweise ein niedrigerer Wärmewiderstand, verglichen mit Bauelementen, die einen Aufbau mit einem konventionellen Blei-Zinn-Lot aufweisen. Eine Erklärung dafür findet sich in der besseren Benetzung der Lötstellen durch die erfindungsgemäße Lötfolie sowie in der vollkommen lunkerfreien Verbindung der zu verlötenden Bauteile·

Ein weiterer überraschender Vorteil der Erfindung ist eine Erhöhung der Zahl der möglichen Temperaturwechsel, denen das Bauelement nach der Montage "bis zur Zerstörung ausgesetzt werden kann. Durch die' Verminderung des Wärmewiderstandes kann das Bauelement für höhere Leistungen eingesetzt werden. Die Erhöhung der Zahl der Temperaturwechsel erhöht, die Lebensdauer der Bauelemente. .

Die Erfindung soll nachstehend, an einem Ausführungsbeispiel erläutert werden. .

Ausführungsbeispiel . ·

Es sollen Chips von Si-Leistungstransistoren mit einer Abmessung der Chips von 4 x. 4 mm mit der Kollektorfläche auf einen /Trägerstreifen gelötet werden· Dazu werden die Chips und die Trägerstreifen in einem durch Ultraschall bewegten Bad mit Trichloräthylen als Badflüssigkeit gereinigt und anschließend in reinem. Alkohol gespült. Die nachfolgenden Verfahrensschritte werden in einer Stickstoff-Schutzgasatmosphäre ausgeführt. Die Trägerstreifen werden auf die Löttemperatur 240 ⁰C gebracht und das Lötplättchen auf die Bandfläche aufgebracht. Das Lötplättchen besteht aus einer Kernschicht aus Blei mit einer Dicke von 100 /um und Deckschichten aus reinem Zinn mit einer Dicke von 10 /um. Das Chip wird aufgenommen und unter Bewegung in vertikaler Richtung mit einer Frequenz _t von 10 Hz und einer Amplitude von 0,4 mm· und gleichzeitiger horizontaler Bewegung mit einer Frequenz von 1 Hz und einer gleichen Amplitude für die Dauer von ca. 10 s auf den Trägerstreifen mit dem Lot abgesenkt. Nach einer Abkühlphase von ca. 30 ^s kann die nächste Lötung auf dem Trägerstreifen erfolgen·

Claims

y C CT <· « ry - r- « Λ (1 "η Ι ΓΙ '' ? ' * " " Erfindungsanspruch

1. Verfahren zur Montage von Halbleiterbauelementen, dadurch gekennzeichnet, daß die metallisierte und gereinigte Bauelementeoberfläche bei Temperaturen im Bereich von

200 bis 400 ⁰C in einer Stickstoff-Schutzgasatmosphäre mittels einer dreischichtigen Lötfolie, deren Kern aus Blei und deren Deckschichten aus vorzugsweise galvanisch, aufgebrachtem Zinn bestehen, auf einen wärmeableitenden Träger gelötet wird, wobei das Bauelement kurzzeitig, _^ : , etwa 10 s lang vertikal und horizontal gleichseitig be- ^' wögt wird und mit einer Kraft von 0,5 ··· 3 N auf den Träger gedruckt wird·

2. Yerfahren nach Pkt. 1, dadurch gekennzeichnet, daß die !Frequenz der vertikalen Bewegung 5 ··· 15 Hz und die Amplitude etwa 0 ... 0,8 mm, die Frequenz der horizontalen Bewegung 0,5 ··· 1 Hz und die Amplitude 0 ... 0,5 mm beträgt.

3· Verfahren nach Pkt. 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Lötfolie mit einer Kernschicht aus Blei mit einer Dicke von 50 ... 100 /unrund Deckschichten aus Zinn eine Dicke von 2 ... 10 ,um aufweisen.